現(xiàn)代礦井防爆組合開(kāi)關(guān)的模塊化設(shè)計(jì)

李 軍

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長(zhǎng)治 046011）

現(xiàn)代礦井防爆組合開(kāi)關(guān)的模塊化設(shè)計(jì)

李 軍

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長(zhǎng)治 046011）

防爆組合開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于煤礦的井下控制。文章認(rèn)為，在原來(lái)防爆開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，通過(guò)PLC強(qiáng)大的功能，將開(kāi)關(guān)的短路、過(guò)負(fù)荷、斷相、漏電閉鎖保護(hù)、過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)、通訊等功能進(jìn)行有效的模塊化，通過(guò)PLC預(yù)先設(shè)定的程序?qū)碌母鞣N用電設(shè)備進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)不同功能的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，可使防爆組合開(kāi)關(guān)功能強(qiáng)、重量輕，大大提高防爆開(kāi)關(guān)的可靠性和安全性，有效防止意外事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

防爆組合開(kāi)關(guān)；模塊化；設(shè)計(jì)

20世紀(jì)70年代以前，我國(guó)煤礦井下普遍采用380 V供電系統(tǒng)。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)化程度的提高，煤炭市場(chǎng)需求日益旺盛，煤炭缺口越來(lái)越大，而要想彌補(bǔ)煤炭供應(yīng)上的不足，不但要多建礦井，必須建大型礦井。煤炭產(chǎn)量的提高，要求大型礦井采煤方法的進(jìn)一步改進(jìn)。隨著大功率電器的使用，用電量也在成倍地增加，原來(lái)的供電等級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足新型大功率電機(jī)的要求，這樣，煤礦的供電電壓由原來(lái)的380 V逐步提高到了現(xiàn)在的660 V、1140 V和3300 V，電壓等級(jí)的提高，對(duì)用電保護(hù)系統(tǒng)要求更高，使得用電保護(hù)設(shè)備也逐漸向大型化和自動(dòng)化方向發(fā)展，這樣就對(duì)供電系統(tǒng)提出要求的同時(shí)，對(duì)防爆電氣的可靠性、操作性等方面提出新的要求。

由于煤礦井下工作環(huán)境潮濕，瓦斯煤塵積聚、負(fù)荷波動(dòng)大，工況不穩(wěn)定，滴水冒頂事故等都會(huì)使電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度逐漸降低。同時(shí)井下工人生產(chǎn)過(guò)程中操作或維護(hù)不當(dāng)、煤塊或運(yùn)輸設(shè)備擠壓等都會(huì)使輸電線路的導(dǎo)線斷裂，導(dǎo)致漏電或單相接地故障。這些故障若不及時(shí)排除，將導(dǎo)致絕緣擊穿，發(fā)生三相或兩相短路事故。短路故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的電弧能量會(huì)引起瓦斯、煤塵爆炸，直接危及人身安全和礦井生產(chǎn)。為了避免事故的發(fā)生，保障人身安全，有效減小事故范圍，研究高性能、易操作、可靠性高的保護(hù)系統(tǒng)是非常必要的。

根據(jù)煤礦井下的環(huán)境特點(diǎn)，防爆開(kāi)關(guān)一般應(yīng)該具有漏電閉鎖、短路保護(hù)、斷相保護(hù)、過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)等功能，同時(shí)，為方便防爆開(kāi)關(guān)的維護(hù)和安裝，更好地提高生產(chǎn)效率，防爆開(kāi)關(guān)還應(yīng)易操作、易檢修。對(duì)此，本文在原來(lái)防爆開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)一些企業(yè)反饋，模塊化設(shè)計(jì)后不但能提高開(kāi)關(guān)的保護(hù)性能，而且更易操作，檢修，大大提高了生產(chǎn)效率。

在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，我們根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)的作用，把它分成數(shù)據(jù)處理單元、信號(hào)調(diào)理單元、電源單元和人機(jī)界面單元四個(gè)模塊。

（1）數(shù)據(jù)處理單元。用西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-200作為數(shù)據(jù)處理中心，因它本身即系模塊化結(jié)構(gòu)，由 CPU、DI、DO、AI、AO 和通訊等模塊構(gòu)成，它們按系統(tǒng)功能要求，由不同的數(shù)量的各類(lèi)模塊安裝在35㎜導(dǎo)軌上而組成數(shù)據(jù)處理單元。由于PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的要求，PLC在軟、硬件上采取了一系列的抗干擾措施。目前PLC產(chǎn)品已系列化、模塊化，有各種硬件供用戶(hù)選用，可以組成滿(mǎn)足各種要求的控制系統(tǒng)，而用戶(hù)不必自己設(shè)計(jì)和制作硬件，只需要根據(jù)用電系統(tǒng)的要求進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，就能有效地對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行有效處理，并輸出動(dòng)作指令，這樣它就具有了良好的通用性。

（2）信號(hào)調(diào)理單元。電流、電壓、漏電電阻及控制輸出等功能均以插板形式安裝于防爆開(kāi)關(guān)的主腔內(nèi)，并按順序插于19吋機(jī)架框架內(nèi)而構(gòu)成調(diào)理單元。包括以下四個(gè)模塊：

①先導(dǎo)單元：每塊先導(dǎo)單元插板包括多回路所需的開(kāi)關(guān)量信號(hào)的輸入變換。其中每一回路本安部分均由獨(dú)立的本安電源供電以滿(mǎn)足防爆技術(shù)要求。

②電流檢測(cè)模塊：每塊電流檢測(cè)板包括兩個(gè)回路的電流檢測(cè)信號(hào)調(diào)理單元、兩個(gè)回路的斷相監(jiān)視單元和兩個(gè)回路的漏電閉鎖檢測(cè)單元。可完全滿(mǎn)足目前生產(chǎn)中對(duì)各類(lèi)電機(jī)檢測(cè)保護(hù)的要求。其三相信號(hào)整流電路是采用運(yùn)算放大器構(gòu)成，輸出動(dòng)態(tài)范圍為0.00～10.00 V，檢測(cè)靈敏度可達(dá)2～3 A，這不但可以滿(mǎn)足小功率電動(dòng)機(jī)檢測(cè)保護(hù)要求，同時(shí)亦可確保動(dòng)作值準(zhǔn)確。模塊中各個(gè)漏電閉鎖檢測(cè)單元均由獨(dú)立的附加直流電源供電，該電源與系統(tǒng)間的絕緣耐壓可達(dá)2500 V～以上并采取有效的電磁兼容性設(shè)計(jì)措施，故可以確保控制系統(tǒng)工作安全和具有良好的抗干擾能力。

③電壓檢測(cè)模塊：電壓檢測(cè)板包括一路交流電網(wǎng)電壓檢測(cè)單元、電流短路模擬試驗(yàn)和漏電閉鎖模擬試驗(yàn)功能。

④輸出控制模塊：每塊輸出控制板安裝有多功率控制繼電器，其控制繞組由PLC的數(shù)字量輸出信號(hào)控制，而各繼電器接點(diǎn)則可以按需要分別控制主接觸器中間繼電器或漏電閉鎖繼電器等。

一般系統(tǒng)裝有兩塊輸出控制模塊，分別用以控制主接觸器和漏電閉鎖繼電器。

（3）電源單元。由電源變壓器、濾波器、熔絲保護(hù)以及直流穩(wěn)壓電源等構(gòu)成。該電源單元嚴(yán)格按電磁兼容性要求設(shè)計(jì)，具有十分優(yōu)異的抗脈沖列干擾、浪涌干擾等惡劣工業(yè)環(huán)境干擾的能力，可確保系統(tǒng)工作高度安全、可靠。

（4）人機(jī)界面單元。由7吋彩色顯示器和6個(gè)控制按鈕構(gòu)成。操作人員按需要控制裝于防爆殼上的六個(gè)隔爆型按鈕，可以方便地實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的翻頁(yè)、修改參數(shù)等功能，并經(jīng)防爆玻璃窗口觀察顯示器的各相關(guān)畫(huà)面，了解系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和工況等信息。

經(jīng)過(guò)對(duì)以上四個(gè)模塊有機(jī)整合，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉、性能可靠，在一些防爆開(kāi)關(guān)生產(chǎn)企業(yè)得到廣泛推廣，并在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用。實(shí)踐證明，此開(kāi)關(guān)不僅可以對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)，而且有效地提高生產(chǎn)效率。

［1］多回路礦用真空電磁起動(dòng)器的控制器研究.劉勇.天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

［2］高壓防爆開(kāi)關(guān)微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的研究.劉忠富.太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003.

［3］礦用隔爆型高壓開(kāi)關(guān)智能綜合保護(hù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā).陳偉.河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

Abstact：Explosion-proof combination switch is widely used in underground coalmines.This paper talks about that the combination of intelligentmulti-modular based on the original switch can put the short-circuit of the switch，overload，phase，leakage lockout protection，over voltage，under voltage protection，communication and other functions together.It can control a variety of electrical equipment underground through the PLC pre-set programs.with the combination of intelligentmulti-modular，the production of strong function，light weight and high safety will be accomplished and effectively prevent the accidents.Thus it greatly improved the reliability and security.

Keywords：explosion-proof combination switch；modular；design

（責(zé)任編輯 單麥琴）

Modular Design on Explosion-proof Combination Switch of Modern Mines

LIJun
（Shanxi Vocational Technical College of Engineering&Electronics，Changzhi Shanxi046011）

TD6

A

1673-2014（2010）02-0055-02

2009—12—14

李 軍（1974— ），男，山西沁縣人，碩士，主要從事電機(jī)與電器理論研究。